コンピュータの起動(ブート)プロセスを徹底解説!仕組みと種類をわかりやすく紹介

パーティーやイベントに招かれたとき、真っ先に行うことは身支度を整えることですよね。実は、コンピュータの電源を入れるときにも、まったく同じことが起こっています。

コンピュータの電源をオンにすると、オペレーティングシステム(OS)が読み込まれ、システムが使用できる状態へと準備されていきます。この一連の処理を「ブート(起動)プロセス」と呼びます。「ブート(boot)」という言葉は、「自分でブーツの紐を引っ張って立ち上がる(to pull oneself up by one's bootstraps)」という英語の慣用句に由来しています。「スタートアップ(startup)」もほぼ同じ意味です。そして、すべてのコンピュータには固有のブートシーケンスが備わっています。

ブートプロセスはどのように動作するのか?

電源ボタンが押されると、まずマザーボードおよびすべての構成部品に、電源ユニットから電力が供給されます。ここから先のステップを担うのがBIOS(Basic Input/Output System:基本入出力システム)です。コンピュータが起動方法を「知っている」のは、その命令がBIOSというチップに組み込まれているためです。

BIOSによってコンピュータが起動すると、CPU(中央演算処理装置)はキャッシュメモリから命令を受け取ります。コンピュータの頭脳であるCPUは、命令を読み取りながら、ハードディスク、CDドライブ、キーボード、マウス、プリンタなどの接続デバイスを検出していきます。その後、BIOSプログラムはディスクの最初のセクタに格納されているブートコードを確認します。

BIOSがハードウェアに異常を検出すると、エラーメッセージが画面に表示されます。これはPOST(Power-On Self-Test:電源投入時自己診断テスト)と呼ばれるもので、基本ハードウェアのチェックとテストを行い、マスターブートレコードを読み取ります。一方、問題がなければ、モニターにはBIOSメーカー名や搭載RAM容量などの情報が表示されます。起動中にトラブルが発生することもありますが、頻繁に起こるものではありません。

ブートプロセスはその後も続行し、マスターブートレコード(MBR)を管理しながら処理をボリュームブートへ引き継ぎます。さらにブートマネージャーが処理を引き受け、起動プロセス全体を完了させます。

ハードディスクの最初のセクタにはブートローダーが格納されています。このプログラムが、OSをコンピュータのメモリへ読み込み、ユーザーが利用できる状態にするのです。最新バージョンのWindowsでは、「BOOTMGR」というプログラムがこの役割を担当しています。

ハードブート(コールドブート)とソフトブート(ウォームブート)の違い

ハードブートとは、コンピュータの電源が完全に切れていた状態(各部品に電力が供給されていない状態)から起動することを指します。また、コンピュータがPOST(電源投入時自己診断テスト)を実行して起動する場合も、これに該当します。ハードリブートは、電源ボタンを長押しして強制的にシャットダウンし、再度起動し直すことを意味します。

一方、ソフトブートは、システムクラッシュ後にOSのみを再起動する操作です。この場合、コンピュータの各部品には引き続き電力が供給されたままとなっています。

覚えておくと便利なブートに関する知識

• USBメモリから起動したい場合: フラッシュドライブを使ってコンピュータを起動する方法に興味がある方に朗報です。ブートプロセスのある段階で、それが可能になります。具体的には「ブート順序」を変更する必要があります。こうすることで、BIOSはハードディスク上のOSではなく、別のデバイスを起動対象として探索するようになります。
• 起動時にアプリやコマンドを実行したい場合: 特定のアプリケーションやコマンドを起動プロセスに組み込みたい場合は、「WIN.INI」ファイル(Windows)で設定できます。ちなみに、MS-DOSの時代には、この役割を担うファイルは「AUTOEXEC.BAT」という名前でした。
• ブートの本来の役割: ブートはコンピュータシステムの初期化を行うプロセスです。スタンドアロンユーティリティに加え、OSの不具合を診断するためのストレージダンププログラムを読み込む用途にも活用できます。